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​北京交通大学在“高效太阳能界面水蒸发新材料”取得重要进展
北京交通大学物理学院 吴松梅 / 时间:2023-01-10 09:44:01

研究概述

北京交通大学新闻网1月9日讯:淡水资源的短缺以及日益严重的水污染问题是全球面临的巨大挑战。基于太阳能的界面蒸发技术可以改善液体表面的热定位,避免体积加热带来大量热损失,是水净化和海水淡化的有效方法。提高界面蒸发效率的重要途径是通过材料结构及能带设计,使薄膜具备高效界面光热转换效率和降解污染物的自清洁功能。

近日,北京交通大学物理科学与工程学院丁克俭教授的研究团队吴松梅副教授利用石墨相氮化碳(g-C3N4)和酞菁铜(CUPC)制备出具有Ⅰ型异质结的复合材料,能够对太阳光进行全谱吸收,光热转换效率为98.5%,在海水中的蒸发效率达到93.6%。在光生活性氧和微量铜氧化物的共同作用下,复合材料具有显著的染料降解和杀菌性能。

该成果以“3D macroporous CUPC/g-C3N4 heterostructured composites for highly efficient multifunctionasolar evaporation”为题,发表在英国皇家化学会期刊 Nanoscale 上。

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图1. (a)CUPC/g-C3N4复合材料的扫描电子显微镜图,(b)异质结能带结构示意图

总结展望

石墨相氮化碳( g-C3N4)作为一种非金属半导体材料,可以吸收太阳光,产生超氧阴离子等活性氧物质,具有降解有机污染物和杀菌的性能。

本体的g-C3N4带隙为2.70 eV,只在蓝紫光区域吸收较好。通过与酞菁铜( CUPC )形成一个带隙更小的复合异质结,使其在红光和红外光区域的吸收显著增强。

同时3D多孔的形貌赋予材料高比表面积及超亲水性,显示出太阳能驱动的高效界面蒸发特性。

此外,复合材料在水溶液中能有效分解染料分子,杀灭大肠杆菌,表现出优异的水质净化能力。

该工作为基于有机半导体异质结构的多功能界面蒸发器的开发建立了一种新的途径。

(本刊有删节)